• No se han encontrado resultados

Proyecto de Prefactibilidad de Instalación de una Planta de Producción de Metanol a partir del Gas Natural

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2020

Share "Proyecto de Prefactibilidad de Instalación de una Planta de Producción de Metanol a partir del Gas Natural"

Copied!
115
0
0

Texto completo

(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

TESIS

“PROYECTO DE PREFACTIBILIDAD DE

INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE

PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR DEL GAS

NATURAL

PARA OPTAR EL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

PRESENTADO POR:

Bachiller: CIEZA GUEVARA TEYLOR CHRISTIAN

Bachiller: UGAZ OLANO KETTY LIZETH

ASESOR

ING. JULIO HUMBERTO TIRADO VASQUEZ.

Lambayeque

Perú

(2)

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA E

INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

TESIS

“PROYECTO DE PREFACTIBILIDAD DE INSTALACIÓN DE

UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR

DEL GAS NATURAL”

PARA OPTAR EL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

PRESENTADO POR:

Bachiller: CIEZA GUEVARA TEYLOR CHRISTIANS.

Bachiller: UGAZ OLANO KETTY LIZETH.

Ing. MSc. Rubén Darío Sachún García PRESIDENTE

Ing. Dr. José Luis Venegas Kemper SECRETARIO

Ing. MSc. José Enrique Hernández Ore VOCAL

Ing. Julio Humberto Tirado Vásquez ASESOR

(3)

DEDICATORIA

A Dios quien por medio de su gracia bendita ha permitido realizar con éxito este trabajo,

a mis padres Teylor Cieza y Gloria Guevara y mis hermanos, Jim y Job quien con su

apoyo moral fueron el motor principal de mi desarrollo profesional a mis queridos tíos

Melaño Valenzuela y Rosa Laboriano y primos quienes me apoyaron con mucho cariño,

estima y consideración en los malos y mejores momentos, a mis amigos y amistades que

de manera directa e indirecta mostraron su apoyo especial he incondicional.

(Bachiller: Teylor Christians Cieza Guevara)

Esta tesis se la dedico a Dios quien supo guiarme por el buen camino, darme fuerzas para

seguir adelante y no desmayar en los problemas que se presentaban, enseñándome a

encarar las adversidades sin desfallecer en el intento.

Para mis padres, Camilo Ugaz y Elvia Olano, que son las personas que más quiero en este

mundo, por su apoyo, consejos, comprensión, amor, ayuda en los momentos difíciles y

por ayudarme con los recursos necesarios para estudiar. Me han dado todo lo que soy

como persona, mis valores, mis principios, mi carácter, mi empeño, mi perseverancia y

mi coraje para hacerme una gran profesional de éxito.

(4)

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a Dios y a nuestros padres por darnos apoyo espiritual y moral, así como la sabiduría y la paciencia necesarios para lograr nuestras metas.

A nuestro asesor Ing. Julio Tirado por su apoyo y asesoramiento durante el desarrollo del presente trabajo.

Agradecemos también al apoyo incondicional del Ingeniero Juan Carlos Días Visitación, Decano de la Facultad de Ingeniería Química-UNPRG, por su gran capacidad, y aporte

para culminar con éxito este proyecto.

Nuestro agradecimiento a la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo por brindarnos sus

amplias inmediaciones, así como a los diferentes docentes, a quienes les debemos gran

parte de nuestros conocimientos, gracias por prepararnos para un futuro competitivo no

(5)

EPÌGRAFE

La función de la industria petroquímica es transformar el gas natural y algunos derivados

del petróleo en materias primas, las cuales representarán la base de diversas cadenas

productivas como la del metano y etano.

La producción de metanol es una plataforma fundamental para el desarrollo de

importantes industrias como: automotriz y transporte, electrónica, construcción, plásticos,

fertilizantes entre otras; teniendo en cuenta la importancia que tiene la industria química

como primer eslabón de importantes cadenas productivas y las reservas de gas natural que

posee el Perú, es imprescindible que se desarrolle, y así poder abastecer oportunamente a

la industria nacional con los insumos requeridos que son derivados de la petroquímica del

metano y/o etano.

El Metanol tiene una gran variedad de aplicaciones industriales. Su uso más frecuente es

como materia prima para la producción de metil t-butil éter (MTBE), que es un aditivo

para gasolina.

Ante estos escenarios, en el presente trabajo con el objeto de dar valor agregado al gas

natural se analiza la cadena productiva del metano, centrándose en la producción del

metanol, para esto se estudiará la viabilidad técnica, económica y ambiental para su

producción a partir del gas natural en el Perú.

De los resultados obtenidos, se tendrá una perspectiva general a nivel de ingeniería

(6)

1 INDICE

INDICE ... 1

I.RESUMEN ... 5

ABSTRACT ... 6

II.INTRODUCCIÓN ... 7

III. ESTUDIO DE MERCADO ... 9

3.1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO: METANOL... 9

3.1.1 PROPIEDADES Físico-Química ... 9

3.1.2 Aplicaciones y Usos del Metanol ... 12

3.2 MATERIA PRIMA: el gas natural ... 14

3.2.1 Características generales del gas natural ... 16

3.2.2 Aplicaciones del gas natural ... 17

3.2.3 El gas natural de Camisea ... 17

3.3 ANALISIS DEL MERCADO ... 19

3.3.1 Demanda histórica del metanol ... 19

3.3.2 Demanda proyectada de metanol ... 20

3.3.3 Oferta histórica y proyectada de metanol en el Perú ... 22

3.3.4 Demanda insatisfecha proyectada ... 22

3.3.5 Mercado Objetivo ... 22

3.3.6 Comercialización ... 23

3.3.7 Análisis y Evaluación de precios ... 23

3.4 TAMAÑO DE LA PLANTA ... 24

3.5 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE MERCADO ... 26

(7)

2

3.6.1 Macro-Localización ... 26

3.6.2 Micro-Localización ... 27

IV.INGENIERÍA DE PROYECTO ... 30

4.1 ASPECTOS GENERALES DE LA PRODUCCIÓN DE METANOL ... 30

4.1.1 Preparación del gas de síntesis ... 30

4.1.2 Aspectos termodinámicos de la síntesis de metanol ... 31

4.1.3 Aspectos cinéticos de la síntesis de metanol ... 31

4.1.4 Catalizadores ... 33

4.2 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE PROD. DE METANOL ... 33

4.2.1 Tecnologías para producir metanol ... 33

4.2.1.1 Tecnología Johnson Matthey-Davy ... 33

4.2.1.2 Tecnología LURGI ... 34

4.2.2 Selección de la tecnología adecuada para producción de metanol ... 37

4.3 DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROCESO ... 38

4.3.1 Producción de gas de síntesis ... 38

4.3.2 Síntesis de metanol ... 39

4.4 BALANCE DE MASA Y ENERGÍA... 40

4.5 DISEÑO DE EQUIPO PRINCIPAL Y AUXILIAR ... 44

4.5.1 Tanques de Almacenamiento de Gas Natural ... 44

4.5.2 Caldera para producción de vapor ... 45

4.5.3 Reactor de Reformación Catalítica ... 45

4.5.4 Reactor de síntesis de metanol ... 46

(8)

3

4.5.6 Intercambiador de calor - (5) ... 47

4.5.7 Intercambiador de calor - (10) ... 47

4.5.8 Intercambiador de calor - (11) ... 48

4.5.9 Intercambiador de calor – (15) ... 48

4.5.10 Separador Flash ... 49

4.5.11 Columna de destilación ... 49

4.5.12 Tanque de almacenamiento de metanol ... 50

4.6 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA ... 51

4.6.1 Principios básicos de la distribución en planta…………51

4.6.2 Tipos de distribución en planta……….……...52

4.6.2.1 Distribución por posición fija………...52

4.6.2.2 Distribución por proceso………...………53

4.6.2.3 Distribución por producto………...53

4.7 CONSIDERACIONES AMBIENTALES ... 58

4.7.1 Consideraciones generales ... 58

4.7.2 Impacto ambiental en la ubicación de la planta ... 61

V.ESTUDIO ECONÓMICO FINANCIERO ... 62

5.1 ESTIMACIÓN DE INVERSIÓN TOTAL ... 62

5.1.1 CAPITAL FIJO TOTAL ... 62

5.1.1.1 Costo directo o físico ... 62

5.1.1.2 Costos indirectos ... 65

5.1.1.3 Inversión de capital fijo ... 66

(9)

4

5.1.3 ESTIMACIÓN DEL COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN... 69

5.1.3.1 Costo directos de manufactura ... 69

5.1.3.2 Gastos generales (VAI) ... 72

5.1.4 COSTO UNITARIO ... 73

5.1.5 BALANCE ECONÓMICO Y RENTABILIDAD ... 75

5.1.5.1 Análisis de estado de pérdidas y ganancias ... 75

5.2 ANÁLISIS ECONÓMICO ... 76

5.2.1 RETORNO SOBRE LA INVERSIÓN ... 76

5.2.2 TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN ... 76

5.2.3 PUNTO DE EQUILIBRIO ... 77

VI. CONCLUSIONES ... 78

VII.RECOMENDACIONES ... 79

VIII.BIBLIOGRAFÍA ... 80

(10)

5 RESUMEN

Con la finalidad de abastecer metanol al mercado nacional, se realizó un estudio de pre

factibilidad para la instalación de una planta de producción de este producto utilizando

gas natural.

En el Capítulo III se realizó el estudio de mercado en la cual se hizo un análisis del

mercado del metanol para consumo en la industria química y la de biodiesel. Se determinó

que el mercado nacional para las industrias químicas y la biodiesel para el 2026

necesitaran 100 000 toneladas de metanol. De ese total se tomó la decisión de instalar una

planta de 60 000 000 kg/año de capacidad.

En el Capítulo IV se realizó el estudio de Ingeniería del Proyecto. Se seleccionó el proceso

de reformación con vapor, por su simplicidad. Se optimizó en parte el consumo de energía

para lograr una mayor rentabilidad. Se presenta el balance de masa y de energía para la

operación de la planta, así como la descripción de los principales equipos de proceso como

su distribución.

Finalmente, en el Capítulo V se realizó el estudio Económico-Financiero. Se estableció

que la inversión total del proyecto será de 48 496 750 dólares americanos. El costo de

producción será de 0,2646 dólares americanos por kg. A precio de 0,57 dólares americanos

por kg (puesto en fábrica) se obtuvo una tasa de retorno sobre la inversión de 26,55%

después de impuestos, un periodo de recuperación del dinero de 2,58 años. Se concluye

finalmente que el proyecto es factible desde el punto de vista de mercado, técnico y

(11)

6 ABSTRACT

In order to supply methanol to the domestic market, a pre-feasibility study was carried out

for the installation of a plant for the production of this product using natural gas.

In Chapter III, the market study was carried out, analyzing an analysis of the market for

methanol for consumption in the chemical and biodiesel industries. It was determined that

the national market for the chemical and biodiesel industries by 2026 would require 100

000 tons of methanol. Of this total, the decision was made to install a plant of 60 000 000

kg / year capacity.

In Chapter IV the study of Project Engineering was carried out. The steam reforming

process was selected for its simplicity. Energy consumption was optimized in part to

achieve greater profitability. It presents the balance of mass and energy for the operation

of the plant, as well as the description of the main process equipment as its distribution.

Finally, in Chapter V the Economic-Financial study was carried out. It was established

that the total investment of the project will be USD 48 496 750. The cost of production

will be US $ 0,2646 per kg. At a price of US $ 0,57 per kg (factory set), a return on

investment of 26,55% after taxation was obtained, a 2,58-year money recovery period.

Finally, it is concluded that the project is feasible from the point of view of market,

(12)

7

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones primarias del metanol son la producción de productos químicos y de

aquellos que se utilizan como combustible. En la actualidad se está utilizando cada vez

más en el tratamiento de aguas residuales y en la producción de biodiesel. El metanol se

utiliza en la manufactura del formaldehído, del ácido acético y de una variedad de

químicos intermedios que forman la base de una gran cantidad de derivados secundarios.

Estos últimos se utilizan en la fabricación de una amplia gama de productos incluyendo

enchapados, tableros aglomerados, espumas, resinas y plásticos (SNMPE, 2011). El resto

de la demanda del metanol está en el sector del combustible, principalmente en la

producción de MTBE (aditivo para mejorar la combustión de combustibles sin plomo),

que se mezcla con gasolina para reducir la cantidad de emisiones nocivas de los vehículos

de combustión. El metanol también se está utilizando en menor escala como combustible

y es combustible ideal para las celdas de combustible (Rodríguez & Uribe, 2014).

El metanol, llamado también alcohol metílico u alcohol de madera, se considera un

producto petroquímico básico, a partir del cual se obtienen varios productos secundarios.

A condiciones ambientales es un líquido volátil y tiene un peso molecular muy bajo (32

g/mol) semejante al etano (30 g/mol). Es muy buen solvente en sustancias polares,

pudiéndose disolver en sustancias iónicas como el cloruro de sodio en cantidades

apreciables. El metanol es considerado como un producto o material inflamable de

primera categoría; ya que puede emitir vapores que mezclados en proporciones adecuadas

con el aire, originan mezclas combustibles. El metanol es un combustible con un gran

poder calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación

es de 12,2 ºC. Durante mucho tiempo fue usado como combustible de autos de carrera

(Southern Chemical Corportion, 2013).

Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera.

Esta materia prima condujo a su nombre de alcohol de madera. Este proceso consiste en

(13)

8

C2H4, H2), empleados en el calentamiento de las retortas; un destilado acuoso que se

conoce como ácido piroleñoso y que contiene un 7-9% de ácido acético, 2-3% de metanol

y un 0,5% de acetona; un alquitrán de madera, base para la preparación de antisépticos y

desinfectantes; y carbón vegetal que queda como residuo en las retortas (Helmer & Haller,

2012). Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un

proceso catalítico a partir de una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno conocido

como gas de síntesis. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita

reactores industriales grandes y complicados (Ibarra, 2010).

El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas formas. Los distintos procesos

productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho. Actualmente el proceso

más ampliamente usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión

parcial del gas natural en presencia de vapor de agua (Fidalgo, 2010).

Existen varios procesos de producción de metanol a partir de gas natural, destacando los

procesos de las firmas Lurgi Corp. E Imperial Chemical Industries. La selección de

proceso adecuado es uno de los objetivos del presente trabajo.

La producción de metanol se vuelve importante porque es insumo para la obtención de

compuestos oxigenados, así como para otros procesos de la industria petrolera tanto a

nivel nacional como a nivel mundial (Naranjo, 2003). Además si se va dar uso al

gas natural para producir metanol, con lo cual se estará dando un mayor valor agregado

a esta materia que hoy por hoy se exporta a precios muy bajos. Para nuestra realidad se

necesitara metanol para la producción de biodiesel, por ser un insumo indispensable. Por

otro lado somos grandes productores de gas natural, con reservas probadas en Camisea.

También se tiene gas natural en la zona norte del país, con recientes hallazgos en Tumbes

(La Republica, 9 diciembre 2006).

Por lo tanto se considera conveniente producir metanol utilizando el gas natural, con lo

cual se dará un valor agregado a nuestras materias primas naturales. Se puede considerar

(14)

9

III. ESTUDIO DE MERCADO

3.1 DEFINICION Y DESCRIPCION DEL PRODUCTO: METANOL

El metanol, CH3OH, también llamado alcohol metílico o carbinol, es una de las materias

primas más importantes. Desde su descubrimiento a finales de 1600, el metanol ha crecido

hasta convertirse en el vigésimo primer producto químico más producido en el mundo

llegándose en el 2015 a cerca de 55 000 000 de toneladas. El metanol ha sido llamado

alcohol de madera (o espíritu de madera) porque era producido comercialmente por

destilación destructiva de la madera por más de un siglo. En la actualidad se produce

principalmente por reformación con vapor del gas natural vía un intermediario llamado

gas de síntesis. También se puede producir a partir de materias primas alternativas como

carbón y combustible residual (Petroquímica, 2015).

La estructura química del metanol es muy similar a la del agua,

con la diferencia de que el ángulo del enlace C-O-H en el metanol

(108,9°) es un poco mayor que en el agua (104,5°), porque el

grupo metilo es mucho mayor que un átomo de hidrogeno.

En condiciones normales es un líquido incoloro, de escasa

viscosidad y de olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayoría de los

solventes orgánicos, muy tóxico e inflamable. El olor es detectable a partir de los 2 ppm.

3.1.1Propiedades Físico-Química

El metanol es un líquido incoloro, volátil e inflamable con un ligero olor alcohólico en

estado puro. Es un líquido altamente venenoso y nocivo para la salud. Es miscible en agua,

alcoholes, esteres, cetonas y muchos otros solventes; además, forma muchas mezclas

azeotrópicas binarias. Es poco soluble en grasas y aceites. El Metanol está disponible

comercialmente en varios grados de pureza:

(15)

10

➢ Grado A es el metanol usado como solvente.

➢ Grado AA es el más puro usado en aplicaciones químicas.

Las principales impurezas que se pueden encontrar en el Metanol corresponden a

sustancias como acetona, acetaldehído, ácido acético y agua.

En la Tabla 3.1 Se resume las propiedades físicas del metanol. En la Tabla 3.2 se presentan

las especificaciones técnicas del metanol, grados A y AA. Las principales diferencias se

refieren al contenido de etanol, agua y acetona.

Tabla 3.1

Propiedades físicas del metanol

Nota. Recuperado de IPCS, 2000.

El metanol es considerado como un producto o material inflamable de primera categoría;

ya que puede emitir vapores que, mezclados en proporciones adecuadas con el aire,

originan mezclas 3 combustibles. El metanol es un combustible con un gran poder

calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación es de

12,2 ºC. Al ser considerado como inflamable de primera categoría, las condiciones de

almacenamiento y transporte deberán ser extremas. Las áreas donde se produce

manipulación y almacenamiento de metanol deberán estar correctamente ventiladas para

evitar la acumulación de vapores. Además, los pisos serán impermeables, con la pendiente

adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deberá ser

(16)

11

componen las estanterías y artefactos similares deberán ser antichispa. Las distancias entre

el almacén y la vía pública serán de tres metros para 1000 litros de metanol, aumentando

un metro por cada 1000 litros más de metanol. La distancia entre dos almacenes similares

deberá ser el doble de la anterior (Rodríguez & Uribe, 2014).

Tabla 3.2

Especificaciones del metanol industrial

PARÁMETRO GRADO A GRADO AA

Pureza, % peso 99,85 99,85

Gravedad específica, 20°C 0,7928 0,7928

Rango de destilación, °C 1,0 (incl.. 64,6 ±0,1) 1,0 (incl.. 64,6 ±0,1)

Color (Pt-Co, máximo) 5 5

Olor característico característico

Impurezas carbonizables 30 30

Apariencia Claro, sin sedimento Claro, sin sedimento

Contenido no-volátil, mg/100ml, máx.

1 1

Tiempo permanganato, min 30 30

Acetona + aldehído, %peso, máx. 0,003 0,003

Acetona, % peso, máx. 0,002

Etanol, % peso, máx. 0,001

Acidez, expresado como ácido acético, % peso, máx.

0,003 0,003

Agua, % peso, máx. 0,15 0,10

Miscibilidad en agua Sin turbiedad Sin turbiedad

(17)

12

Datos importantes

Peligros físicos: el vapor se mezcla con el aire, formándose fácilmente mezclas explosivas.

Peligros químicos: La sustancia se descompone al calentarla intensamente, produciendo

monóxido de carbono y formaldehído. Reacciona violentamente con oxidantes,

originando peligro de incendio y explosión. Ataca al plomo y al aluminio.

Límites de exposición: TLV (como TWA): 200 ppm; 262 mg/m3 (piel) (ACGIH

1993-1994). TLV (como STEL): 250 ppm; 328 mg/m3 (piel) (ACGIH 1993-1993-1994).

Vías de exposición: La sustancia se puede absorber por inhalación, a través de la piel y

por ingestión.

Riesgo de inhalación: Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante

rápidamente una concentración nociva en el aire.

3.1.2 Aplicaciones Y Usos Del Metanol

El Metanol tiene una gran variedad de aplicaciones industriales. Su uso más frecuente es

como materia prima para la producción de metil t-butil éter (MTBE), que es un aditivo

para gasolina. También se usa en la producción de formaldehído, ácido acético, cloro

metanos, metacrilato de metilo, metilaminas, dimetil tereftalato y como solvente o

anticongelante en pinturas en aerosol, pinturas de pared, limpiadores para carburadores, y

compuestos para limpiar parabrisas de automóviles. El ácido acético y el formaldehido

son la base para la fabricación de materiales de construcción, espumas, resinas y plásticos.

El Metanol es un sustituto potencial del petróleo. Se puede usar directamente como

combustible reemplazando la gasolina en las mezclas gasolina-diesel. El Metanol tiene

mayor potencial de uso respecto a otros combustibles convencionales debido a que con

esta sustancia se forma menor cantidad de ozono, menores emisiones de contaminantes,

particularmente benceno e hidrocarburos aromáticos policíclicos y compuestos

sulfurados; además presenta bajas emisiones de vapor. Asimismo, se puede utilizar en la

producción de biodiesel.

(18)

13

anticongelante en circuitos de calentamiento y enfriamiento. Sin embargo, su uso como

anticongelante en motores ha disminuido drásticamente gracias al uso de productos

derivados del glicol. El Metanol se adiciona al gas natural en las estaciones de bombeo de

las tuberías para prevenir la formación de hidratos de gas a bajas temperaturas y se puede

reciclar después de que se remueve del agua. El Metanol también se usa como un agente

de absorción en depuradores de gas para remover, por ejemplo, dióxido de carbono y

sulfuro de hidrogeno. Una gran cantidad de Metanol se usa como solvente. El Metanol

puro no se usa comúnmente como solvente, pero se incluye en mezclas solventes.

El Metanol también se usa en la desmitificación de aguas de desecho, en la aplicación de

tratamientos para aguas residuales, como sustrato en la producción de fermentación de

proteína animal, como hidrato inhibidor en el gas natural, y en la Metanólisis de tereftalato

de polietileno de desechos plásticos reciclados.

En los últimos años el Metanol se usa en la transesterificación, reaccionando con

triglicéridos en aceites vegetales o animales para formar ácidos grasos de alquil esteres

(biodiesel) y glicerina. El metanol puede ser empleado como gas para crear sistemas de

turbinas impulsadas con vapor para la generación de electricidad La Tabla 3.3 resume los

(19)

14

El gas natural (GN) es un combustible fósil extraído de yacimientos ubicados en el interior

de la tierra y que es utilizado como fuente de energía para diferentes usos de tipo

doméstico, industrial, comercial, incluida en estas aplicaciones la generación de energía

eléctrica.

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos que se encuentra en yacimientos

fósiles, no asociado (solo), disuelto o asociado (acompañando al petróleo o al carbón).

Está compuesto principalmente de metano (alrededor de un 90%), acompañado de otros

(20)

15

que el gas natural sea un combustible más limpio que los derivados del petróleo. Sin

embargo, la composición del gas natural no es uniforme, ya que varía de un yacimiento a

otro. En el caso de Camisea, su composición es la que se muestra en la Tabla 3.4. Los

datos corresponden a los reservorios de San Martin Nia (25,4 %), Vivian (29,5%) y Nia

(45,1%), estos últimos ubicados en Cashiriani.

Tabla 3.4

Composición del gas natural de los reservorios de Camisea

Composición en porcentajes

Nia, San Martin Vivian, Cashiriani

Nia, Cashiriani

Elementos % % % Promedio

Nitrógeno 0,55 0,99 0,73 0,76 Anhidro

carbónico

0,18 0,10 0,27 0,20

Metano 80,59 83,89 83,34 82,80 Etano 9,80 8,07 8,39 8,65 Propano 3,80 2,95 3,00 3,19 Butano 1,70 1,26 1,28 1,38 Gasolina natural 3,38 2,74 2,99 3,02 Total 100,0 100,0 100,0 100,0

(21)

16

3.2.1 Características generales del gas natural

Origen: El gas natural se forma a partir de la descomposición de restos orgánicos que

quedaron sepultados bajo capas de sedimentos por espacio de millones de años, en

condiciones de temperatura y presión similares a las que dieron origen a la formación del

petróleo.

Suministro: El gas natural llega a los consumidores mediante tuberías o redes de ductos. El precio del GN, es más económico que el GLP.

Color y olor: En su estado natural el gas natural es incoloro e inodoro, pero para ser

distribuido con total seguridad, se le odoriza con un aditivo llamado etil mercaptano que

permite su detección ante una eventual fuga.

Peso: El gas natural es más liviano que el aire; y ante cualquier fuga se disipa rápidamente.

Las gravedades específicas del gas natural y el aire son de 0,60 y 1,00 respectivamente.

Auto ignición: Este hidrocarburo necesita llegar a una temperatura de 537 °C para estallar.

Combustión: Su combustión da lugar a una llama de color azul bien definido, cuando los

quemadores y el suministro funcionan correctamente. Las llamas amarillas, anaranjadas o

(22)

17 3.2.2 Aplicaciones del gas natural

El gas natural es un combustible económico y versátil que se emplea en diferentes

actividades a nivel doméstico, comercial e industrial; o como insumo para la obtención de

otros productos, como en el caso de la petroquímica.

En el sector petroquímico, el gas natural es utilizado como materia prima en diversos

procesos químicos e industriales. De manera relativamente fácil y económica se puede

convertir en hidrógeno, etileno, o metanol, para la producción de plásticos y fertilizantes.

3.2.3 El gas natural de Camisera

La industria peruana de gas natural en el Perú está localizada en tres zonas geográficas:

en Tumbes y Piura, en Ucayali, y en Cusco. La producción de gas de las dos primeras

zonas es poco significativa y se destina casi en su totalidad a la generación eléctrica, de

ahí que puede afirmarse que la gran industria de gas natural en el Perú se inicia con la

explotación de los yacimientos de Camisea, en Cusco.

Reservas de gas natural

Según el Libro Anual de Reservas de Hidrocarburos publicado por el Ministerio de

Energía y Minas, las reservas probadas de gas natural al 31 de diciembre de 2013, a nivel

nacional, se han estimado en 15,04 TCF, cantidad que acusa una ligera disminución de

0,33 TCF respecto al año anterior.

Esta disminución de las reservas probadas se explica principalmente por: i) la producción

de gas natural del año 2013; ii) la reducción de las reservas probadas del Lote XIII; y iii)

el reajuste de los datos geológicos y petrofísicos de estimación de las reservas.

Según la misma fuente, las reservas probadas de los lotes 88 y 56, de Camisea, se estiman

en 10,19 TCF y 2,75 TCF, respectivamente; que en total representan 12,94 TCF. En la

(23)

18

Tabla 3.5

Recursos de gas natural a nivel nacional (TPC: Tera pies cúbicos)

Recursos de gas natural Definición Estimado Volumen recuperable Recursos descubiertos, remanentes y

tecnológicamente recuperables. 78,3 Reserva 3P

(Probada + Probable + Posible)

Reserva cuya probabilidad de recuperar una cantidad igual o mayor al estimado a un costo económicamente viable es 10% o superior. 26,9

Reserva 2P (Probada + Probable)

Reserva cuya probabilidad de recuperar una cantidad igual o mayor al estimado a un costo económicamente viable es 50% o superior. 21,5 Reserva 1P

(Probada)

Reserva cuya probabilidad de recuperar una cantidad igual o mayor al estimado a un costo económicamente viable es 90% o superior. 15,0

Nota. Recuperado de MINEN, 2013.

Precio del gas natural

El precio del gas natural depende del usuario final teniendo mayor precio para uso

residencial y menor para la gran industrial. En la Figura 3.1 se representa los precios del

gas natural en comparación del GLP (gas licuado de petróleo) donde se evidencia que el

gas natural es más económico. Para uso industrial es costo es 5,0 dólares americanos por

(24)

19

Figura 3.1 Precios de gas natural (GN) en comparación con gas licuado de petróleo (GLP).Osinergmin,

2015.

3.3. ANALISIS DEL MERCADO

3.3.1 Demanda histórica del metanol

A pesar que el metanol tiene otros usos industriales (disolvente, anticongelante, y otros)

en el análisis de mercado se considera el uso más común en nuestro país, que es el uso

como reactivo para la producción de biodiesel, para lo cual se necesita cerca de 20 litros

de metanol por 100 litros de aceite, o 12 % en peso de metanol (ICCA, 2012). En la Tabla

(25)

20

Tabla 3.6

Evolución de la importación de metanol en el Perú (ton/año)

2006 13 349,962 2007 13 055,426 2008 13 236,946 2009 14 195,792 2010 17 531,151 2011 19 369,252 2012 19 925,245 2013 25 187,451 2014 26 073,689 2015 27 228,516

Nota. Recuperado de USDA FAS, 2015.

El mayor consumo de metanol en nuestro país es para la producción de biodiesel. El

mercado de biodiesel es un mercado en crecimiento y por lo tanto está asegurado su

consumo. El aumento súbito del 2013 respecto al 2012 se debe al inicio de la producción

de biodiesel en nuestro país.

3.3.2 Demanda proyectada de metanol

En la actualidad de los 9 500 BPD (barriles por día) de capacidad instalada de producción

de biodiesel (Industrias del Espino, Heaven Petroleum y Pure Biofuels) en nuestro país

solo está operativa la planta de 1000 BPD de Industrias Espino (Osinergmin, 2011).

Esperando materia prima, en especial aceite de menor precio se espera que en el futuro

(26)

21

Para proyectar la demanda se va a considerar los datos históricos, y además el consumo

que habría para la producción de 8 500 BPD para dos plantas de biodiesel que están

instaladas, pero en la actualidad no operan.

La gráfica de la Figura 3.2 representa los datos históricos y la proyección de los mismos

en un horizonte de 10 años.

Figura 3.2 Demanda histórica y proyectada de metanol en nuestro país, ton/año.Elaborado por los autores.

De acuerdo a los datos proyectados para el 2025 la demanda proyectada ascendería a 45

000 toneladas por año. A esta cantidad se le adiciona el metanol necesario para la

producción de 8 500 BPD, equivalente a 493 600 000 litros por año (434 368 toneladas),

considerando 12% de metanol para la producción de biodiesel, se necesitaría un total de

52 124 toneladas de metanol.

Entonces la demanda proyectada de metanol para el año 2025 seria los 45 000 toneladas

proyectados en base a la demanda histórica más el metanol que se utilizaría para producir

(27)

22

3.3.3 Oferta histórica y proyectada de metanol en el Perú

Nuestro país es importador de metanol para distintos usos, aumentando el nivel de

importaciones desde que se comenzó a producir biodiesel.

Por lo tanto no hay oferta de metanol en nuestro país, todo procede de las importaciones.

Según el anuario de comercio exterior que publica SUNAT los países que venden metanol

a Perú son principalmente: Chile, Estados Unidos y Venezuela entre otros, tampoco existe

oferta proyectada de metanol en nuestro país.

3.3.4 Demanda insatisfecha proyectada

Al no existir oferta proyectada la demanda proyectada se convierte en demandas

insatisfecha proyectada, es decir que el 2025 se requerirá producir 97 124 toneladas al

año de metanol para cubrir el mercado interno. Las 45 000 toneladas que requiere nuestro

país para otros usos diferentes al biodiesel representa el 46,33% de la demanda

insatisfecha proyectada total.

3.3.5 Mercado Objetivo

El principal consumidor de metanol es la industria de biodiesel. De los dos o tres millones

anuales que se producía a nivel mundial en el 2004 se llegó en el 2008 a una producción

de 11,1 000 000 de toneladas (IICA, 2010). Recientes estudios proyectan que para el 2024

la producción mundial de biodiesel será de 25,5 millones de toneladas (OCDE/FAO,

2015). Considerando que se necesita aproximadamente 12% en peso en la formulación de

biodiesel la necesidad a nivel mundial seguirá creciendo.

En este proyecto se considera que en nuestro país existirá una mayor producción de

biodiesel y por lo tanto nuestro mercado objetivo será los consumidores de metanol para

la producción de biodiesel. Se espera producir la totalidad de metanol para la capacidad

instalada de biodiesel en el Perú, que llega a 9 500 BPD es decir un total de 58 256

(28)

23

En caso de fracasar los proyectos de producción de biodiesel se tiene otros consumidores

potenciales de metanol en nuestro país, que son las industrias de producción de

formaldehido, ácido acético y metacrilato de metilo. De acuerdo a las proyecciones, el

mercado global de metanol para biodiesel e industria química sería 97 124 toneladas por

año.

Además se debe tener en cuenta que otros grandes importadores de metanol en

Sudamérica son Ecuador y Colombia. Por último la instalación de esta planta no tendrá

riesgo porque la demanda mundial actual de metanol para biodiesel y otras industrias llega

a cerca de 85 000 000 de toneladas y las proyecciones para el 2023 indican que se

necesitaran 100 000 000 de toneladas. (IPA, 2016). Además como insumo industrial

tiene una amplia gama de aplicaciones.

3.3.6 Comercialización

Por ser un insumo industrial la venta tendrá un solo canal de distribución, vendiéndose en

forma directa a los consumidores finales de metanol: fábricas de producción de biodiesel,

de solventes, etc.

3.3.7 Análisis y Evaluación de Precios

El precio del metanol está asociado principalmente con el precio del gas natural. El precio

del metanol en el Perú incluye el costo por transporte marítimo. A continuación

(29)

24

Figura 3.3 Evolución del precio de metanol. ADUANET

El precio actual es cercano a 500 dólares la tonelada. Sin embargo por ser un precio

dependiente del gas natural, el cual en las proyecciones mundiales tiende a disminuir su

precio, para el proyecto se considera un precio de 450 dólares la tonelada.

3.4 TAMAÑO DE LA PLANTA

Los factores que influyen de manera predominante en la selección del tamaño de una

planta industrial son los siguientes:

Tecnología: Este factor comprende las características de los procesos y los equipos. El

proceso de producción de metanol a partir de gas natural pasa primero por la producción

de gas de síntesis. Para la producción de gas de síntesis a partir de gas natural existen tres

procesos con tecnologías muy conocidas: reformado de metano con vapor, oxidación

parcial de metano y reformado de metano con CO2. A nivel de Sudamérica existen plantas

(30)

25

Tobago, Brasil, Argentina y Chile (Ministerio de Energía y Minas; 2005). Se debe tener

especial cuidado en la economía de escala, puesto que debajo de cierta escala la

rentabilidad no está asegurada. En América Latina tenemos desde la planta más grande de

3 850 mil de Ton/año de la empresa Methanex en Punta Arenas –Chile; hasta la planta

más pequeña de 50 mil Ton/año de la empresa Alto Parana, en Puerto Gral. San Martin -

Argentina (Educación en Ingeniería Química, 2016). Por lo tanto la tecnología no sería un

factor limitante para determinar el tamaño de la planta.

Materia prima: La materia prima principal para el proceso de producción de metanol es

el gas natural. Según Fanuel & Salgado (2003) se necesita 0,030017 MMPC de gas natural

por cada tonelada de metanol. De acuerdo al reporte de Ministerio de Energía y la empresa

Pluspetrol se tiene disponible entre 50 y 70 MMPCD (millones de pies cúbicos por día),

por tanto, en equivalencia de metanol producido estaría entre 1, 666 y 2 ,332 TM/día. Por

tanto no sería un factor limitante porque la máxima producción que se necesitaría estaría

por alrededor de 200 ton de metanol por día.

Mercado: De acuerdo a las proyecciones de la demanda insatisfecha del mercado nacional

del metanol para biodiesel y la industria química sería de 123 166 toneladas por año.

Considerando que no hay oferta existente, que todo el metanol necesario se estaría

importando se correría el riesgo de instalar una planta de aproximadamente 150 000

toneladas por año, semejante a la empresa Prosint de Rio de Janeiro, Brasil que procesa

160 000 ton/año. En un mercado competitivo donde existe producción, exportación e

importación se recomienda no pasar del 10% de la demanda insatisfecha. Pero al existir

solo importación se tomará un riego mayor, por ejemplo un 50% que llegaría a cerca de

61 500 toneladas por año. Entonces este sería el factor limitante.

Capital: Se requieren recursos económicos para hacer frente tanto a las necesidades de

inversión en activos fijos como para satisfacer los requerimientos de capital de trabajo. Se

(31)

26

3.5 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE MERCADO

El estudio de mercado indica que la demanda insatisfecha para el 2026 sería cerca a las

100 000 toneladas por año. Teniendo en cuenta que no hay oferta en el mercado nacional,

que todo sería importado, se tomara el riesgo de considerar el 60% de dicha demanda, es

decir una capacidad de 60 000 toneladas al año, que operando en forma continua la

producción diaria alcanzaría 180 toneladas por día, o 7,5 ton/hora.

3.6 LOCALIZACION DE LA PLANTA

3.6.1 Macro-Localización

Definitivamente la localización de una planta industrial basada en gas natural como

materia prima tiene que estar ubicada en las cercanías del abastecimiento del gas. La razón

principal es que el transporte de gases por lo general es muy oneroso porque demanda

cisternas especialmente acondicionadas. A grandes distancias se utiliza gasoductos y en

este caso sería menos inversión inicial aprovechar los gaseoductos que se tiene como el

Gasoducto del Sur Peruano.

Por las razones expuestas la planta deberá estar ubicada en cualquiera de las zonas

productoras de gas natural en nuestro país y aun mejor cerca de los centros de

abastecimiento donde llega el gas sin contenido de azufre. Las zonas productoras se

(32)

27

Tabla 3.7

Reservas probadas de gas natural existentes en el Perú

Nota: Recuperado de MINEN, 2013.

Según los datos presentados en la Tabla 3.7, Camisea tiene el 86,26% de las reservas

probadas de nuestro país, incluso se conoce que estas serían superiores. Por lo tanto desde

el punto de vista de materia prima la nueva planta industrial deberá estar ubicada en las

cercanías de Camisea.

3.6.2 Micro-localización

Para el micro-localización se considera los lugares donde llega el gas natural seco y sin

compuestos de azufre. Estos lugares son Pisco y City Gate en Lurín- Lima. Ver Figura 3.4

Figura 3.4 Esquema del proyecto – CAMISEA.Proyecto del Gas Natural, 2014.

Áreas TCF

(33)

28

Teniendo definido los dos lugares estratégicos para la futura planta de metanol tendría que

considerarse otro factor importante, el mercado. Según el estudio de mercado, los posibles

grandes consumidores estarían ubicados en Lima, en especial las futuras plantas de

biodiesel.

Por lo tanto la ubicación estratégica de la futura planta de metanol deberá estar lo más

cerca a Lima, en este caso en City Gate, ubicado en Lurín, Lima.

El detalle de la ubicación se muestra en el mapa de google de la Figura 3.5 y en la Figura

3.6. En esta última se considera que se ubicará en el Parque Industrial Praderas de Lurín,

en las cercanías de la Transportadora de Gas del Perú, City Gate. Incluso existe cerca una

laguna de oxidación, que de ser necesario se podría utilizar. Las coordenadas son:

12°17'45"S 76°49'45"W.

(34)

29

(35)

30 IV. INGENIERÍA DE PROYECTO

En este capítulo se realiza el estudio de ingeniería del proyecto. Incluye la descripción

detallada del proceso, el balance de masa y energía, descripción de los principales equipos

de proceso, la distribución de la planta y las consideraciones ambientales que se tendrá en

cuenta por la instalación de la futura planta de producción de metanol a partir de gas

natural.

4.1 ASPECTOS GENERALES DE LA PRODUCCION DE METANOL

4.1.1 Preparación del gas de síntesis

Especialistas en el tema afirman que la sección de producción del gas de síntesis implica

un gasto aproximado al 50% del costo de capital de una planta de metanol. Asi, La

optimización de esta sección constituye un costo-beneficios bastante significativo.

El gas de síntesis (monóxido de carbono e hidrógeno) se produce atreves de la reacción

de reformación con vapor del metano, proveniente del gas natural.

Las siguientes reacciones representan la formación del gas de síntesis.

CH4(g) + H2O(g) → H2(g) + CO(g) +CO2(g)

CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g)

El metanol se produce por la reacción catalítica del monóxido de carbono e hidrógeno

Las siguientes reacciones son representativas para la síntesis del metanol.

CO (g) + 2H2(g) → CH3OH (g)

A un menor grado, también se efectúa con la conversión de dióxido de carbono.

CO2(g) + 3H2 (g) → CH3OH(g) + H2O(g)

Por lo tanto, de acuerdo a la proporción de CO y CO2, la mezcla gaseosa requerida para

la conversión debe tener una razón molar de hidrógeno / carbono entre 2 y 3 para obtener

(36)

31

4.1.2 Aspectos termodinámicos de las síntesis de metanol

Las dos reacciones principales de la síntesis del metanol:

CO + 2H2 → CH3OH ΔHº298 = -90, 8kJ/mol... (1)

CO2+ 3H2 → CH3OH + H2O ΔHº298 = -49, 5 kJ/mol……… (2)

Son exotérmicas e isotrópicas.

Lo segundo puede ser considerado como la resultante de la primera reacción y de

la reacción reversa de la conversión de vapor de CO.

CO2 + H2 → CO + H2O ΔHº298 = -41.3 kJ/mol………(3)

Así la reacción (1) es el paso básico, por lo que:

ΔHºT (J) = -74653 – 63.98T + 32.61T2 + 8.53x10-6T3 – 7.77x10-9T4

4.1.3 Aspectos cinéticos de la síntesis de metanol

Prácticamente hablando, para alcanzar la conversión simultánea de CO y CO2 a metanol,

se puede introducir el concepto de eficiencia de carbono, definido como sigue:

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑜(%) = número de moles de metanol producido

número de moles de (CO+CO2)𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑥 100

La ganancia en selectividad está directamente relacionada con el nivel térmico

actual. Las reacciones laterales más importantes son:

(a) Reacción del dióxido de carbono residual con oxígeno:

CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O

(b) Metanación:

CO + 3H2 → CH4 + H2O

(c) Formación de metil éter:

2 CH3OH → CH3-O-CH3 + H2O

Las primeras dos conversiones están limitadas por reducción del CO2 contenido en el gas

(37)

32

de esta temperatura la tasa de metanación permanece baja, o al menos imperceptible en el

catalizador empleado.

Donde A, B, C y D, son constantes que dependen del catalizador usado. El cálculo de las

presiones que aparecen en esta expresión deben tener en cuenta las actividades.

Analizando esta ecuación, se muestra que en el caso de la síntesis de metanol, la máxima

razón de conversión en cualquier punto del reactor puede ser solo alcanzando

estableciendo un gradiente de temperatura. Esto debe ser suplementado por el análisis de la cinética relacionada a la reacción inversa de la “shift conversión” de CO. Los modelos

que pueden ser construidos en base a resultados experimentales publicados muestran que,

con el catalizador basado en óxido de cobre, a 5 x 106 Pa absolutos, la aproximación al equilibrio capaz de alcanzarse está sobre los 12ºC para la conversión de CO y 7ºC para la

conversión de CO2.

Estos cálculos muestran que la producción de metanol se favorece por:

(a) Elevación de presión.

(b) Reducción de temperatura.

(c) Incremento de la razón de CO / CO2 en el gas de síntesis.

(d) Incremento del contenido de hidrógeno en la alimentación reformada, al menos para

presiones alrededor de 6x106 Pa absolutos.

Si bajamos la temperatura de reacción, tenemos bajas tasas de reacción, y

consecuentemente una aproximación sobre al equilibrio termodinámico. Los catalizadores

(38)

33 4.1. 4 Catalizadores

Hay dos tipos de catalizadores disponibles en la industria:

(a) Sistemas zinc/cromo. Los más antiguos. A finales de los 60 estos eran los catalizadores

más usados en la producción de metanol. Estas eran mezclas homogéneas de óxidos de

zinc y cromo, en donde después fueron modificados con una base de cobre. Esta base se

colocó debido a su baja actividad relativa, que requería operaciones entre 300 y 400 ºC.

A esta temperatura, era necesaria una presión de 30 a 35x106 Pa absolutos para mantener satisfactoriamente las tasas de conversión (270 a 420 atmósferas), y todo esto involucra

un alto costo en términos de energía y economía.

(b) Sistemas en base de cobre, familiar por muchos años por su desempeño pero

originalmente muy sensitivo para ciertos venenos, especialmente azufre y compuestos

halogenados.

4.2 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGIA DE PRODUCCION DE METANOL

4.2.1 Tecnologías para producir metanol a partir de gas natural

Existen tres tecnologías sobresalientes en la producción comercial de metanol a partir de

gas de síntesis, las cuales se pasan a describir.

4.2.1.1 Tecnología Johnson Matthey-Davy (Ex Tecnología ICI)

Un proceso de baja presión ha sido desarrollado por ICI, operando aproximadamente a 50

bares (700 psi) y usando un nuevo catalizador activo de base de cobre a 240°C. La reacción

de síntesis ocurre sobre un lecho de catalizador heterogéneo dispuesto uno después de otro

en una secuencia de lechos adiabáticos o colocados dentro de tubos de transferencia de

calor. La reacción es limitada por el equilibrio, y la concentración de metanol a la salida

(39)

34

para condensar como producto el metanol, y los gases que no reaccionaron son reciclados.

El metanol crudo proveniente del separador contiene agua y bajos niveles de co-productos,

los cuales son removidos usando un sistema de dos columnas de destilación. Ver Figura

4.1

Figura 4.1 Proceso de producción de metanol, tecnología JM/Davy. IPA, 2016

4.2.1.2 Tecnología LURGI

El proceso Lurgi de síntesis del metanol implica transformar el gas de síntesis en metanol,

que luego es procesado para la obtención de metanol a alta pureza.

Tecnología de Lurgi Syngas

La tecnología Lurgi syngas Consiste en usar el reformado autotérmico para

producir gas de síntesis usando como alimentación el gas natural o hidrocarburos ligeros.

Opcionalmente la alimentación es desulfurizada y pre-reformado con vapor obteniendo

gas de síntesis en condiciones alrededor de 40 bar, usando oxígeno como agente

reformador. El proceso genera un gas de síntesis libre de carbono con una baja relación

(40)

35

gas de síntesis se comprime en una sola carcasa de compresor de gas de síntesis con la

etapa de reciclaje, obteniendo así la presión necesaria para la síntesis de metanol.

Las condiciones de reacción utilizadas en el proceso de baja presión de Lurgi son las

siguientes: Temperatura (250-260°C), presión (725-1176 psig), catalizador (Cu +

pequeñas cantidades de Zn + un componente el cual incrementara la resistencia de

envejecimiento; también se usa óxido de zinc en reemplazo de zinc). Ver Figura 4.2

Figura 4.2 Producción de metanol, proceso Lurgi Syngas, baja presión. Elaborado por los autores.

Tecnología de Lurgi Reformado Combinado

Para gas natural y gases asociados con petróleo, el número estequiométrico necesario no

puede ser obtenido mediante reformador autotérmico solo, incluso si el hidrógeno es

reciclado. Para estas aplicaciones, el concepto de Lurgi Reformado Combinado (conocido

también como Lurgi MegaMetanol) combina el reformador autotérmico con el reformador

con vapor, siendo la forma más económica para generar gas de síntesis para plantas de

metanol. Después de la desulfurización, una corriente de gas natural es dividida en dos

partes, una corriente es llevada a la zona de reformador con vapor, posteriormente la

(41)

36

la zona de reformado autotérmico y producir gas de síntesis a alta presión. La principal

ventaja del proceso de reformado combinado frente a la tecnología ICI es que se usa un

menor consumo de vapor en el proceso, traduciendo esto a un menor consumo de energía

y una menor inversión. Es decir, para producir gas de síntesis a partir de gas natural, para

la tecnología Lurgi Reformado Combinado se utiliza aproximadamente la mitad de vapor

consumido que la tecnología ICI . Asimismo, se obtiene una mejor relación de H2/CO

requerida para la producción de metanol.

Este tipo de plantas ha marcado el comienzo de una nueva generación de plantas para la

producción de metanol a partir del gas natural, dado el hecho que la tecnología

MegaMetanol de Lurgi es básicamente dos veces mejor que otros procesos disponibles

actualmente en el mercado, pudiendo procesar capacidades de planta mayores a 5,000

TM/día. Esta nueva tecnología ya ha mostrado resultados excelentes durante la operación

de la planta, representando la tecnología del futuro, no solo por la generación de metanol

sino también para complejos de GTL (Gas to liquid) y GTC (Gas to chemicals). Ver Figura

4.3

(42)

37

4.2.2 Selección de la tecnología adecuada para producción de metanol

La elección del tipo de tecnología obtenido se basa en las facilidades del proceso,

obtención del gas de síntesis, consumos de energía, aspectos económicos, etc.

Uno de los criterios de selección es la disponibilidad de materia prima (gas natural),

actualmente según el Ministerio de Energía y Minas y la empresa Pluspetrol se tiene

disponible la extracción entre 50 y 70 MMPCD (Ministerio de Energía y Minas, 2008),

por lo tanto, en equivalencia de metanol producido estaría entre 1, 666 y 2, 332 TM/día.

Por tal motivo, las tres tecnologías podrían usarse, pero teniendo en cuenta la capacidad

real proyectada de sólo 180 ton/día se selecciona el proceso de reformado con vapor. Si

bien es cierto este proceso consume un alto nivel de energía, pero se pueden establecer

mejoras con sistemas de recuperación de calor. Otra ventaja del proceso de reformación

con vapor es que se trabaja a bajas presiones y se utiliza una relación de vapor/metano de

3 a 1. Los licenciantes tienen mayor experiencia en el mercado, su tecnologías presenta

mayores ventajas tecnológicas.

Tabla 4.1

Comparación de las tres tecnologías referidas en el proceso.

(43)

38

Respecto al consumo de energía, con mejoras en el proceso, la tecnología ICI (hoy día

Matthey-Davy) consume 7,2 – 7,8 GCal/ton de metanol, en contraprestación con las

Tecnológicas Lurgi y Lurgi Reformado (hoy tecnología Toyo) utilizan respectivamente

cerca de 7,2 Gcal/ton de metanol. Por lo tanto el consumo de energía se puede considerar

igual. La diferencia está en la inversión del Proyecto: para una producción de 1,1 MMtpy,

las tecnologías en el orden mencionado tienen un costo de proyecto de 700-800, de 900 –

1000, y 800 – 900 000 000 de dólares americanos.

Por lo tanto, por la conveniencia de trabajar a menos presión y por el menos costo de

inversión se decide por el proceso de reformado con vapor.

4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO

Debido a que las empresas que venden el gas natural cuenta con sistemas instalados de

desulfuración, en este proceso se va utilizar gas natural libre de azufre. Tiene básicamente

dos partes: producción de gas de síntesis y producción de metanol. La descripción se

realiza en base al diagrama de flujo de la Figura 4.3.

4.3.1 Producción de gas de síntesis

De acuerdo al proceso seleccionado el gas de síntesis se va producir por reformación con

vapor. El agua se calienta para producir vapor a 370°C, la cual será mezclada con el gas

natural proveniente de la planta desulfurizadora de gas natural. La mezcla es calentada a

una temperatura de 600°C antes que ingrese al sistema de reformación con vapor. En el

reactor de reformación con vapor se realiza las siguientes reacciones:

CH4(g) + H2O(g) → H2(g) + CO(g) +CO2(g)

CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g)

Los gases de salida del reactor salen a 700 °C, temperatura a la cual se realiza

(44)

39

para la producción de metanol. Los gases de salida [6] se aprovechan para terminar de

calentar la mezcla de gas natural y vapor de agua [4] que ingresan al reactor de

reformación a 600°C [5]. La corriente de salida se termina de enfriar en el intercambiador

de calor (5) hasta 57°C. El catalizador utilizado es de rango comercial con 12% de Ni

soportado sobre Al2O3.

4.3.2 Síntesis de metanol

La corriente de salida del reactor de reformación enfriada [24] se mezcla con la

recirculación del reactor de síntesis de metanol [11], para ser comprimida en la

compresora (7) hasta logra una presión de 1 550 psi para realizar la reacción de síntesis

de metanol en el reactor (8) donde se realiza las siguientes reacciones:

CO + 2 H2→ CH3OH

3H2 + CO2 → CH3OH + H2O

3CO2 + H2 → CO + H2O

El reactor funciona isotérmicamente a 250°C, y por ser las reacciones exotérmicas se

tiene que enfriar al reactor a través de la tubería que contiene el catalizador. Teniendo en

cuenta las reacciones competitivas la conversión llega hasta 70% por lo que es necesario

realizar un reciclo [11], y por la presencia de componentes inertes también hay realizar

una purga [12].

La corriente de producto que contiene el metanol [13] hay que enfriarlo en forma sucesiva

y expandirlo para disminuir la presión hasta cerca de 370 psi para poder realizar la

separación del metanol. Primero se pasa por un separador flash que funciona a 25,3 °C y

370,1 psi. A estas condiciones se separa casi todo el metanol y agua que contiene la

corriente [17] y se envía a la columna de destilación (14) para obtener el producto final

(45)

40 4.4 BALANCE DE MASA Y ENERGIA

El balance de masa y energía se presenta para una producción horaria de 7 500 kg/hr de

producto y se muestra junto con el diagrama de flujo. Los cálculos se realizaron en base a

la simulación de todo el proceso con el programa CHEMCAD 6.1.3. Se hicieron varias

corridas para maximizar el ahorro de energía haciendo recirculaciones de corrientes

calientes o frías.

De acuerdo a los cálculos realizados se va utilizar 0,56 kg de gas natural por cada kg de

(46)

41

Figura 4.4 Diagrama de Flujo de producción de metanol a partir del gas natural. Elaborado por los autores

1. CALDERA. 10. INTERCAMBIADOR DE CALOR.

2. MEZCLADOR. 11. INTERCAMBIADOR DE CALOR. 3. INTERCAMBIADOR DE CALOR. 12. EXPANSOR.

4. REACTOR DE REFORMACIÓN. 13. SEPARADOR FLASH,

5. INTERCAMBIADOR DE CALOR. 14. COLUMNA DE DESTILACIÓN.

6. MEZCLADOR. 15. INTERCAMBIADOR DE CALOR. 7. COMPRESORA. 16. SEPARADOR DE MEMBRANA.

8. REACTOR DE SÍNTESIS. 17.DIVISOR. 9. DIVISOR. 18. DIVISOR.

(47)

42

Hydrogen 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1527,921 9

Carbon Dioxide 0,0000 0,0000 2,2015 2,2015 2,2015 2087,100 8 Nitrogen 0,0000 0,0000 267,4936 267,4936 267,4936 267,4936 267,4936 382,1337 382,1337 382,1336 114,6401

Methanol 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 3230,3533 3230,353

3 10767,8452 3230,3535

Stream No, 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Temp C 250,0000 250,0000 120,0000 40,0000 29,4253 25,3000 25,3000 25,3000 175,5860 225,7139 20,0000

Pres psia 1549,9800 1549,9800 1547,980

0 1545,9800 372,1000 370,1000 370,1000 370,1000 370,1000 375,1000 600,0000 EnthMMBtu/h -0,21789 -152,31 -175,38 -181,17 -181,90 -182,18 -0,67045 -181,51 -49,427 -120,78 -0,028021

Water 12,1563 8497,2194 8497,219

4 8497,2194 8497,2194 8497,2194 4,2629 8492,9572 8,4930

8484,464

8 0,0000 Nitrogen 0,3821 267,1114 267,1114 267,1114 267,1114 267,1114 267,0808 0,0307 0,0307 0,0000 0,0000

Methanol 10,7678 7526,7231 7526,723

1 7526,7231 7526,7222 7526,7222 27,1321 7499,5899 7484,5913 14,9988 0,0000 Tabla 4.1

(48)

43

Stream No, 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Temp C 25,3000 57,2140 25,0000* 353,7958 25,0000* 200,0000 20,0000 106,3724 10,0000 200,0000 200,0000

Pres psia 600,0000 293,9800 195,0000* 193,0000 190,0000

* 188,0000 18,0000 18,0000 20,0000 188,0000 188,0000 Hydrogen 0,0000 1527,9219 0,0000 0,0000 0,0000 499,9682 385,3562 385,3485 385,3562 89,7974 410,1708

Methane 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 9006,9270 6942,1918 6942,052

3 6942,1918 1617,7000

xide 11,7348 5307,7058 0,0000 0,0000 0,0000 395740,06 305021,19

(49)

44

4.5 DISEÑO DE EQUIPOS PRINCIPALES Y AUXILIARES

4.5.1 Tanques de Almacenamiento de Gas Natural

Función: almacenar gas natural comprimido

Modelo : Tanque de 160 m3 de la regasificadora de gas natural licuado de la

Planta de Regasificación Quintero – Chile.

Cantidad: dos

Condiciones de operación:

Temperatura:38°C

Presión : 568,934 psi

Dimensiones principales:

Volumen total : 304,82 m3

Tanque interior : 78 m de diámetro, 34 m

de altura

Tanque exterior: 87 m de diámetro, 41,8 m

de altura

Material de construcción:

Tanque interior : en acero con un 9% de

níquel.

Tanque exterior: en hormigón con armado

(50)

45 4.5.2 Caldera para Producción de Vapor.

Función: : preparar vapor saturado de 370°C

Modelo : AX 2500 del fabricante ICI. Cantidad: uno

Condiciones de operación

Temperatura de entrada: 332,86 °C

Temperatura de salida : 370 °C

Presión : 186 psia

Eficiencia : 75%

Potencia : 380 BHP

Capacidad : 4 270 kg/h

4.5.3 Reactor de Reformación Catalítica.

Función: Transformar el metano a gas de síntesis

Tipo : reactor de lecho fijo

Cantidad: Uno

Condiciones de operación:

Temperatura de entrada : 600°C

Presión de entrada : 298 psi

Flujo volumétrico : 3 397,82 m3/hr

Dimensiones principales:

Longitud de reactor : 8 m

Densidad del catalizador : 1870 kg/m3

Fracción de espacio vacío en el reactor: 0,40

Número de tubos necesarios :1600

(51)

46

Función: calentar la mezcla de vapor y gas natural a 600°C

Tipo: Casco y tubo, 1-1

Condiciones de operación: Fluido caliente : salen a 700°C – corriente [6]

Fluido frio : mezcla vapor y gas natural– corriente [4]

Dimensiones principales:

(52)

47 4.5.6 Intercambiador de calor – (5)

4.5.7 Intercambiador de calor – (10)

Función: enfriar el gas de síntesis proveniente del

intercambiador número 3 a 57 ºC

Tipo: Casco y tubo, 1-1

Dimensiones principales:

Área de intercambio: 117 762,50pie2 Área de casco : 2 891,05 pie2

Caída de presión : 1,90 psi (casco), 0,07 psi

(tubos)

Diámetro de Casco : 7,58 pies, tipo AEL

Número de tubos : 7 497

Tubos : ¾ OD

Longitud de tubo : 20 pies

Arreglo de tubos : triangular

Función: Enfriar el metanol ha

Tipo: Casco y tubo, 1-1

Dimensiones principales:

Área de intercambio: 8 246,67pie2 Área de casco : 8 065,66 pie2

Caída de presión : 0,62 psi (casco), 0,18 psi (tubos)

Diámetro de Casco: 4,08 pies, tipo AEL

Número de tubos : 2 100

Tubos : ¾ OD

Longitud de tubo : 20 pies

(53)

48 4.5.8 Intercambiador de calor – (11)

4.5.9 Intercambiador de calor – (15)

Función: Enfriar el metanol a 29,42°C

Tipo: Casco y tubo, 1-1

Dimensiones principales:

Área de intercambio: 18 759,22pie2 Área de casco : 18 406,55 pie2

Caída de presión : 0,82 psi (casco), 0,22 psi (tubos)

Diámetro de Casco: 6,08 pies, tipo AEL

Número de tubos : 4 777

Tubos : ¾ OD

Longitud de tubo : 20 pies

Arreglo de tubos : triangular

Función: Enfriar corriente 16 : de 29,42°C a 25,30 °C

Fluido de enfriamiento: agua fría de 10°C, sale 20°C

Tipo: Casco y tubo, 1-1

Dimensiones principales:

Área de intercambio: 270,96pie2 Área de casco : 264,37 pie2

Caída de presión : 0,42 psi (casco), 0,07 psi (tubos)

Diámetro de Casco : 1,08 pies, tipo DEL

Número de tubos : 115

Tubos : ¾ OD

Longitud de tubo : 12 pies

(54)

49 4.5.10 Separador flash

Función: separar mezcla de metanol (liquido) de los gases

incondensables

Tipo: vertical

Cantidad: Uno

Dimensiones principales:

Diámetro interno : 3,5 pies

Altura de salida de gases : 4,0 pies

Altura de ingreso de mezcla : 1,5 pies

Eliminar arrastre de líquido : 0,5 pies de altura

Altura máxima de nivel de líquido: 6,62 pies

Altura normal de líquido : 5,51 pies

Altura total del separador flash : 12,62 pies.

4.5.11 Columna de destilación

Función: Separar metanol del agua

Tipo: De platos con casquetes de burbujeo

Dimensiones principales:

Número de etapas : 23

Alimentación : plato 13

Presión promedio : 2,0000 psi

Diámetro de la columna : 4,5 pies

Espaciado entre platos : 2 pies

Alimentación : 15 999,4662 Kg/h

Reflujo : 3,0454 Kmol/h

(55)

50 4.5.12 Tanque de almacenamiento de metanol

Función: almacenar metanol

Modelo: Tanque de 75 m3, tapa cónica con una inclinación de 20° respecto a la horizontal, de fondo plano.

Cantidad: Ocho

Condiciones de operación:

Temperatura de operación: 20°C Temperatura de diseño: 40°C Presión de diseño : 3,0132 bar

Dimensiones principales:

Volumen total : 76,208

m3

Diámetro: 3 m Altura: 11 m Almacenamiento : 2 días

Almacenamiento para 2 días: 360 ton

-El tanque estará equipado con un sistema que evita la penetración de chispaso llamas (apagallamas, cierre hidráulico, inertizacion garantizada siempre).

Figure

Figura 3.3 Evolución del precio de metanol. ADUANET
Figura 3.4 Esquema del proyecto – CAMISEA. Proyecto del Gas Natural, 2014.
Figura 3.6 Ubicación estratégica-Parque Industrial Praderas de Lurín. http// google maps.
Figura 4.1 Proceso de producción de metanol, tecnología JM/Davy. IPA, 2016
+5

Referencias

Documento similar

En la base de datos de seguridad combinados de IMFINZI en monoterapia, se produjo insuficiencia suprarrenal inmunomediada en 14 (0,5%) pacientes, incluido Grado 3 en 3

En este ensayo de 24 semanas, las exacerbaciones del asma (definidas por el aumento temporal de la dosis administrada de corticosteroide oral durante un mínimo de 3 días) se

En un estudio clínico en niños y adolescentes de 10-24 años de edad con diabetes mellitus tipo 2, 39 pacientes fueron aleatorizados a dapagliflozina 10 mg y 33 a placebo,

• Descripción de los riesgos importantes de enfermedad pulmonar intersticial/neumonitis asociados al uso de trastuzumab deruxtecán. • Descripción de los principales signos

Debido al riesgo de producir malformaciones congénitas graves, en la Unión Europea se han establecido una serie de requisitos para su prescripción y dispensación con un Plan

Como medida de precaución, puesto que talidomida se encuentra en el semen, todos los pacientes varones deben usar preservativos durante el tratamiento, durante la interrupción

Abstract: This paper reviews the dialogue and controversies between the paratexts of a corpus of collections of short novels –and romances– publi- shed from 1624 to 1637:

La campaña ha consistido en la revisión del etiquetado e instrucciones de uso de todos los ter- mómetros digitales comunicados, así como de la documentación técnica adicional de